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Une imprimante 3D optimisée pour l'IA et la vision industrielle

Les objets fabriqués avec l'impression 3D peuvent être plus légers, plus solides et plus complexes que ceux produits avec les méthodes de fabrication traditionnelles. Toutefois, plusieurs problèmes techniques doivent être surmontés avant que l'impression 3D transforme la production de la plupart des périphériques.

Les imprimantes disponibles dans le commerce ne proposent généralement que des matériaux à haute vitesse, haute précision ou haute qualité. Ils offrent rarement les trois, ce qui limite leur utilité en tant qu’outil de fabrication. Aujourd'hui, l'impression 3D est principalement utilisée pour le prototypage et la production de pièces spécialisées à faible volume.

Désormais, Inkbit, une start-up du MIT, s’efforce d’apporter tous les avantages de l’impression 3D à une multitude de produits qui n’ont jamais été imprimés – et vise à le faire à gros volume.

L'entreprise y parvient en associant son imprimante 3D à jet d'encre multimatériel à des systèmes de vision et d'apprentissage automatiques. Le système de vision analyse de manière exhaustive chaque couche de l’objet lors de son impression pour corriger les erreurs en temps réel, tandis que le système d’apprentissage automatique utilise ces informations pour prévoir le comportement de déformation des matériaux et créer des produits finis plus précis.

«La société est née de l'idée de doter une imprimante 3D de yeux et de cerveaux», a déclaré le cofondateur et PDG d'Inkbit, Davide Marini.

Cette idée ouvre toute une gamme d’applications pour la machine Inkbit. La société affirme pouvoir imprimer des documents plus flexibles avec beaucoup plus de précision que d’autres imprimantes. Si un objet, y compris une puce informatique ou un autre composant électronique, est placé sur la zone d'impression, la machine peut imprimer avec précision les documents qui l'entourent. Et lorsqu'un objet est terminé, la machine conserve un réplica numérique qui peut être utilisé pour l'assurance qualité.

Inkbit est encore une entreprise en phase de démarrage. Il possède actuellement une imprimante opérationnelle de qualité production. Mais elle commencera à vendre des produits imprimés plus tard cette année, en commençant par un projet pilote avec Johnson and Johnson, avant de vendre ses imprimantes l'année prochaine. Il espère susciter l'intérêt des entreprises de dispositifs médicaux, de produits de consommation et de composants automobiles.

Une imprimante à potentiel

Certains des matériaux les plus difficiles à imprimer aujourd'hui sont également les plus couramment utilisés dans les processus de fabrication actuels. Cela inclut les matériaux analogues au caoutchouc tels que le silicone et les matériaux à haute température tels que l’époxy, qui sont souvent utilisés pour isoler les composants électroniques et dans divers produits de consommation, de santé et industriels.

L'impression de ces matériaux peut entraîner une répartition inégale et des défaillances du processus d'impression telles qu'un encrassement. Ils ont également tendance à se contracter ou à se arrondir avec le temps. Wojciech Matusik, cofondateur d’Inkbit, professeur agrégé en génie électrique et en informatique, Javier Ramos, Wenshou Wang et Kiril Vidimče travaillent depuis des années sur ces problèmes dans Groupe de fabrications informatiques dans le Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL).

En 2015, les cofondateurs faisaient partie d’un groupe de chercheurs qui créé une imprimante 3D précise et relativement peu coûteuse qui pourrait imprimer simultanément un nombre record de 10 documents en utilisant la vision artificielle. Cet exploit a attiré l'attention de nombreuses grandes entreprises intéressées par la transition de la production vers l'impression 3D. L'année suivante, les quatre ingénieurs ont reçu l'aide du centre Deshpande pour commercialiser leur idée d'associer la vision par la machine à l'impression 3D.

Au MIT, le groupe de recherche de Matusik a utilisé un simple scanner 3D pour suivre les progrès de sa machine. Pour le premier imprimeur d’Inkbit, les fondateurs voulaient améliorer de façon spectaculaire «les yeux» de leur machine. Ils ont décidé d'utiliser un scanner de tomographie par cohérence optique (OCT), qui utilise de longues longueurs d'onde de lumière pour voir à travers la surface des matériaux et balayer des couches de matériaux à une résolution correspondant à la fraction de la largeur d'un cheveu humain.

Comme les ophtalmologistes n'utilisaient traditionnellement les scanners OCT que pour examiner sous la surface des yeux des patients, les seuls disponibles étaient beaucoup trop lents pour numériser chaque couche d'une pièce imprimée en 3D. L'équipe de Inkbit a donc «mordu la balle», comme le décrit Marini. , et construit un scanner OCT personnalisé qui, selon lui, est 100 fois plus rapide.

Lorsqu’une couche est imprimée et numérisée, les systèmes de vision et d’apprentissage par machine exclusifs de la société corrigent automatiquement les erreurs en temps réel et compensent de manière proactive le comportement de déformation et de retrait d’un matériau instable. Ces processus élargissent encore la gamme de supports avec lesquels l'entreprise peut imprimer en retirant les rouleaux et les grattoirs utilisés par d'autres imprimantes afin d'assurer la précision, ce qui a tendance à se coincer lorsqu'ils sont utilisés avec des supports difficiles à imprimer.

Le système est conçu pour permettre aux utilisateurs de prototyper et de fabriquer de nouveaux objets sur la même machine. L’imprimante industrielle actuelle d’Inkbit dispose de 16 têtes d’impression permettant de créer des pièces multimatériaux et un bloc d’impression suffisamment grand pour produire des centaines de milliers de produits de la taille d’un poing chaque année (ou un plus petit nombre de produits plus grands). La conception du jet d’encre sans contact de la machine signifie que l’augmentation de la taille des itérations ultérieures sera aussi simple que l’agrandissement du bloc d’impression.

"Auparavant, les gens pouvaient réaliser des prototypes avec des imprimantes multimatériaux, mais ils ne pouvaient pas vraiment fabriquer les pièces finales", explique Matusik, notant que le post-traitement des pièces d'Inkbit peut être entièrement automatisé. "C’est quelque chose qui n’est pas possible avec d’autres méthodes de fabrication."

Les nouvelles capacités de la machine Inkbit signifient que certains des matériaux avec lesquels les fondateurs souhaitent imprimer ne sont pas disponibles. La société a donc créé certains de ses propres produits chimiques pour pousser les performances de leurs produits à la limite. Un système exclusif permettant de mélanger deux matériaux juste avant l’impression sera disponible sur les imprimantes Inkbit livrées l’année prochaine. Le système de mélange de chimie en deux parties permettra à l'entreprise d'imprimer une gamme plus large de matériaux de qualité technique.

Johnson and Johnson, partenaire stratégique d'Inkbit, acquiert l'une des premières imprimantes. le MIT Startup Exchange Accelerator (STEX25) a également contribué à exposer Inkbit à des sociétés telles que Amgen, Asics, BAE Systems, Bosch, Chanel, Lockheed Martin, Medtronic, Novartis, etc.

Aujourd'hui, les fondateurs passent beaucoup de temps à former des équipes de conception de produits qui n'avaient jamais été capables d'imprimer en 3D leurs produits – sans parler d'incorporer des composants électroniques à des pièces imprimées en 3D.

Les concepteurs et les inventeurs devront peut-être attendre un moment avant de tirer pleinement parti des possibilités offertes par l’impression 3D multimatériaux intégrée. Mais pour l’instant, Inkbit s’efforce de faire en sorte que, lorsque cet avenir se présentera, les personnes les plus imaginatives auront une machine avec laquelle travailler.

"Je pense que ce sera vraiment fascinant de voir comment les gens vont l'utiliser pour les produits finis", a déclaré Matusik.

Cet article est initialement paru dans Nouvelles du MIT.

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